煤礦開(kāi)采技術(shù)原理的淺談

1、煤礦開(kāi)采技術(shù)原理的淺談         摘要：煤礦開(kāi)發(fā)建設(shè)前基本與礦區(qū)周邊環(huán)境是和諧的，隨著近幾年的開(kāi)采，強(qiáng)烈的人為活動(dòng)使得周邊的環(huán)境發(fā)生了巨大變化，煤礦污染也成了重要污染源和危險(xiǎn)源之一，筆者就對(duì)煤礦開(kāi)采技術(shù)作出了淺談。關(guān)鍵詞：煤礦 優(yōu)化開(kāi)采 依據(jù) 原理1 提出優(yōu)化開(kāi)采依據(jù)在我國(guó)，目前多數(shù)煤礦企業(yè)中有很多弊病，諸多因素制約了煤礦企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，制約因素主要包括原材料消耗和環(huán)境污染比較嚴(yán)重、經(jīng)濟(jì)效益不高、缺乏科技含量、從業(yè)人員素質(zhì)較差、缺乏人力資源優(yōu)勢(shì)等。所以，根據(jù)煤礦發(fā)展的歷史及其現(xiàn)狀，要在資源節(jié)約和環(huán)境友好的新的

2、發(fā)展趨勢(shì)下對(duì)煤炭工業(yè)發(fā)展模式重新做規(guī)劃。當(dāng)前我國(guó)能源利用一種有效的發(fā)展模式就是循環(huán)經(jīng)濟(jì)，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)將組織成為一個(gè)有序、高效的“利用資源優(yōu)化發(fā)展循環(huán)再生”的閉合型物質(zhì)及能源循環(huán)的反饋流程，煤炭工業(yè)生產(chǎn)也能維持“低能耗、低物耗、無(wú)污染、高效率”的良性循環(huán)，煤炭企業(yè)與自然環(huán)境能夠達(dá)到良性發(fā)展的目的，把對(duì)自然環(huán)境的不利影響盡量降至最低，和以往煤炭企業(yè)的發(fā)展模式相比，該模式做了很大程度的改進(jìn)，有效防止了“兩高一低”（高消耗、高污染、低效能）問(wèn)題的出現(xiàn)，促進(jìn)了企業(yè)發(fā)展和自然環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)煤礦企業(yè)而言就是要推行“優(yōu)化開(kāi)采”的發(fā)展模式，促進(jìn)“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略的實(shí)施。煤炭大量開(kāi)采帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題具體表現(xiàn)在下列

3、幾點(diǎn)：占用、破壞土地資源。這種破壞作用具體表現(xiàn)在地表塌陷及矸石山壓占方面；嚴(yán)重污染水資源。開(kāi)采煤炭資源時(shí)，人為疏干排水及采動(dòng)形成的導(dǎo)水裂隙含水層地下水資源，使破壞程度更為嚴(yán)重；為盡量避免煤炭開(kāi)采對(duì)環(huán)境帶來(lái)的破壞，應(yīng)該制定相應(yīng)的保護(hù)措施，以促進(jìn)煤炭企業(yè)不斷“優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)”。2 優(yōu)化開(kāi)采含義與技術(shù)關(guān)鍵資源的定義在科技發(fā)達(dá)的今天變得更為寬泛：煤矸石、煤層氣（瓦斯）、煤炭地下水及其它礦床等都將成為可利用的有效資源。煤礦優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)使煤炭資源具備了更多可開(kāi)發(fā)和利用的價(jià)值，包括進(jìn)行煤炭開(kāi)采時(shí)另外多種能源資源的開(kāi)發(fā)和利用。防止或盡可能減輕煤炭開(kāi)采對(duì)環(huán)境和其他資源帶來(lái)的不利影響，而且始終以和社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益

4、的最大化為奮斗目標(biāo)。而優(yōu)化開(kāi)采的技術(shù)重點(diǎn)在于：大力發(fā)展地面的瓦斯抽放，達(dá)到“煤與瓦斯共開(kāi)發(fā)”的目的；煤層地下氣化技術(shù)；煤層巷道精細(xì)化技術(shù)應(yīng)用和矸石利用技術(shù)；保護(hù)建筑和土地，達(dá)到“三下采煤”無(wú)影響的目標(biāo)，而且制定相應(yīng)的保護(hù)措施，如充填開(kāi)采及離層注漿等技術(shù)；保護(hù)水資源，推行“保水開(kāi)采”技術(shù)。3 優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)原理煤炭開(kāi)采引起的巖層錯(cuò)位運(yùn)動(dòng)對(duì)環(huán)境及安全帶來(lái)了不利影響。所以，必須以動(dòng)煤巖層節(jié)理裂隙場(chǎng)分布規(guī)律作為“優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)”的基礎(chǔ)理論。采動(dòng)引起上覆煤巖層與地表移動(dòng)規(guī)律。瓦斯?jié)B流規(guī)律。煤巖體應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律和巖層控制技術(shù)等。4 優(yōu)化開(kāi)采主要內(nèi)容影響地下水的分布。一般的煤層賦存深度約為300m，含水層較豐富

5、，煤層開(kāi)采后上覆巖層出現(xiàn)破斷現(xiàn)象，采空區(qū)區(qū)域內(nèi)的地下水會(huì)構(gòu)成下降漏斗，地下水隨之發(fā)生滲漏，上覆巖層的軟弱巖層的存在與否決定著地下水位的恢復(fù)情況，重新壓實(shí)后造成裂隙閉合而構(gòu)成隔水層。如果可以構(gòu)成隔水層，則地下水下降漏斗會(huì)因?yàn)榇髿饨邓某掷m(xù)供給而逐漸消失。按照具體的觀測(cè)情況來(lái)分析，含水層水位下降現(xiàn)象和由于煤炭開(kāi)采造成的導(dǎo)水裂隙通道有緊密的聯(lián)系，所以，封閉導(dǎo)水裂隙是維持地下水位的一個(gè)關(guān)鍵性的措施。近幾年，為達(dá)到民用水及工業(yè)用水的需求，煤礦除凈化抽出地面的井下水作為工業(yè)用水外，當(dāng)?shù)孛裼盟懊旱V用水只能從遠(yuǎn)處通過(guò)管子引水來(lái)緩解水資源匱乏的壓力。所以，為了使地下水資源不受到破壞，通過(guò)保水開(kāi)采技術(shù)可以逐步解

6、決地下水位下降的問(wèn)題。同時(shí)，水位下降也會(huì)影響到地表生物根系，這就需要更深入研究。此外，優(yōu)化開(kāi)采及利用的原則也適用于底板承壓水的防治。         三下采煤與減沉技術(shù)。按照煤炭開(kāi)采關(guān)鍵層理論，為使巖層變動(dòng)情況得到有效控制，確保安全進(jìn)行三下采煤，優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)及相關(guān)措施應(yīng)該運(yùn)用到采煤設(shè)計(jì)上，嚴(yán)防煤巖失穩(wěn)造成頂板的下沉變形。為了達(dá)到在不破壞水資源和建筑物等的前提下追求經(jīng)濟(jì)效益的最大化，重點(diǎn)是根據(jù)上覆巖地質(zhì)情況與關(guān)鍵層的特點(diǎn)運(yùn)用適宜的減沉開(kāi)采技術(shù)及參數(shù)。離層注漿減沉技術(shù)也具有一定的實(shí)用性，上覆巖中的關(guān)鍵煤巖層位置的確定，

7、對(duì)離層和破裂斷開(kāi)的參數(shù)、特點(diǎn)的了解，確保注漿減沉技術(shù)合理可靠，運(yùn)用注漿工藝，科學(xué)的安排鉆孔位置。關(guān)鍵層初次破斷前離層區(qū)發(fā)育、離層量大，便于注漿充填，而一旦關(guān)鍵層初次斷裂斷開(kāi)后，關(guān)鍵層下離層量快速減小，和關(guān)鍵層初次破斷相比，其只占1/31/4，加大了注漿難度。所以，一定要在關(guān)鍵層臨初次破裂斷開(kāi)前進(jìn)行離層注漿。此外，在優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)中采空區(qū)充填開(kāi)采屬關(guān)鍵技術(shù)之一。通過(guò)充填采空區(qū)的方法能使由煤礦開(kāi)采產(chǎn)生環(huán)境狀況得到改善，但是成本投入較大，而且充填開(kāi)采的方式尚未廣泛應(yīng)用于平頂山地區(qū)。該方法的重點(diǎn)是成本投入及選擇充填材料。還要注意充填技術(shù)是否經(jīng)濟(jì)可行，比如開(kāi)采、充填兩個(gè)系統(tǒng)是否協(xié)調(diào)一致；確保充填運(yùn)輸系統(tǒng)的

8、暢通和材料力學(xué)的特征等，若想運(yùn)用充填開(kāi)采技術(shù)，使地表沉陷問(wèn)題得到解決，首先要妥善處理以上問(wèn)題將。煤與瓦斯共開(kāi)發(fā)。我國(guó)煤層煤質(zhì)變質(zhì)程度高，為焦煤，有滲透率低和含氣泡合度高等特點(diǎn)，這對(duì)開(kāi)展煤層瓦斯采前欲抽3個(gè)月的要求是相符的，因此，在我礦已回采的丁組、己組、戊組部分工作面，等工作面采空區(qū)預(yù)埋管道抽排瓦斯，其濃度和抽放量則較高且時(shí)間比較長(zhǎng)，實(shí)踐表明，煤層開(kāi)采一旦引起煤巖層移位破碎，即使是滲透率很低的煤層氣，滲透率也將增大幾十倍至幾百倍為瓦斯分子在煤巖層中移動(dòng)和加大抽放量創(chuàng)造了條件。因此，若在開(kāi)采時(shí)形成采煤和采瓦斯兩個(gè)完整系統(tǒng)，即形成“煤與瓦斯共開(kāi)發(fā)”技術(shù)。近幾年我礦煤層氣開(kāi)采利用瓦斯發(fā)電有效的促進(jìn)了

9、煤礦安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益的提高。在平頂山我礦率先對(duì)煤與瓦斯預(yù)抽開(kāi)發(fā)利用發(fā)電應(yīng)用，是成功的一個(gè)范例。煤巷精細(xì)支護(hù)與矸石利用。煤炭開(kāi)采等采礦技術(shù)生產(chǎn)很多矸石，但將矸石輸送到到地面進(jìn)行處理很容易破壞地面環(huán)境。所以若使矸石生產(chǎn)量得到控制，盡量在煤層中設(shè)置巷道是重點(diǎn)。大力推廣應(yīng)用錨桿支護(hù)，實(shí)施精細(xì)化管理，形成應(yīng)力場(chǎng)研究計(jì)算機(jī)一級(jí)煤巷錨桿支護(hù)理論，如沿空巷道維護(hù)方式與采動(dòng)后巖體內(nèi)應(yīng)力重新分布及特殊層破裂斷開(kāi)和形成的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其會(huì)對(duì)選擇的支護(hù)參數(shù)產(chǎn)生不利影響。矸石不出井與煤巷的維護(hù)有關(guān)，同時(shí)隨著礦井的延伸及深度的增加，就必須進(jìn)行巖石巷開(kāi)掘（如水平運(yùn)輸石門(mén)延伸和井巷向深部延伸），而且不得不將矸石輸送至地面。但是，可以采取措施，將矸石變廢為寶，使其用于建筑材料、充填材料、或利用矸石發(fā)電等方面。我礦的頂矸石磚廠就為企業(yè)創(chuàng)造了一定的價(jià)值，是成功的范例。煤炭汽化與液化。煤炭地下氣化及其液化處理技術(shù)屬一種整體優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)。地下煤炭通過(guò)化學(xué)能和生物能的作用發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，煤炭在原位就能轉(zhuǎn)變成可流動(dòng)液體和可燃?xì)怏w，然后通過(guò)管道將轉(zhuǎn)化后的氣體和液體輸送到地面被利用。該措施可減少工程，非精工開(kāi)采，避免污染，從而有效防止危害的產(chǎn)生。目前，國(guó)內(nèi)已有十多年的煤炭地下氣化處理技術(shù)的研究歷史和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，這就為將來(lái)煤炭地下氣化與液化技術(shù)的研發(fā)和運(yùn)用奠定了牢固的基礎(chǔ)，預(yù)計(jì)在20年后